Presentazioni e Articoli Tecnici

壁面式超声反应器在化学合成、材料加工、废水处理和生物质转化等多个领域备受关注 [1-4]。超声过程强化的核心机制是空化效应，但由于空化效应的随机性和复杂性导致超声反应器的空化场评价困难，影响因素分析受限，给理论模型开发和设备优化带来挑战[5,6]。本文基于修正的Rayleigh-Plesset气泡动力学方程，并结合考虑非线性衰减的亥姆霍兹方程，提出一种能够描述气泡尺寸变化和非均匀分布的数值模拟模型，模拟结果与铝箔腐蚀和水听器测量的定性定量实验结果吻合良好。应用该模型分析壁面式超声反应器内的驱动声压、液位高度以及驱动声波波形对超声空化性能的影响规律，发现这些参数均显著影响空化性能。在研究驱动压力时，观察到声压反常衰减现象，且随着驱动声压的增加，空化强度增幅趋于平缓，空化转化效益降低。液位高度会影响空化场的驻波比及均匀性，液位相对较低时，空化场强度分布与驻波理论简图相吻合；液位相对较高时，则会出现驻波滞后效应；在中等液位高度131mm时，空化场均匀性同空化率一样具有较高的水平。相较于三角波和正弦波，矩形波的衰减系数波动最大，这是因为矩形波由于其陡峭的上升和下降沿，导致快速的压力变化。此外，基于波形，综合分析前两者对空化性能的影响，得到在驱动压力幅4bar，液位高度131mm条件下，三角波的空化率在所有条件中达到最高，这在一定程度上为优化空化场提供了借鉴。